2023年電子科技大學(xué)成都學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)《計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》科目期末試卷A(含答案)

2023構(gòu)》科目期末試卷A〔有答案〕一、選擇題1、塊沖突概率最高的Cache地址映象方式是( A.段相聯(lián)B.組相聯(lián)C.直接2、在多用戶機(jī)器上，應(yīng)用程序員不能使用的指令是〔〕“執(zhí)行”指令“訪管”指令D“測試與置定”指令3、對系統(tǒng)程序員不透亮的應(yīng)當(dāng)是〔〕A.CACHE存儲器B.系列機(jī)各檔不同的數(shù)據(jù)通路寬度C.指令緩沖存放器D.虛擬存儲器4、流水機(jī)器對全局性相關(guān)的處理不包括( A.猜測法B.提前形成條件碼C.加快短循環(huán)程序的執(zhí)行D.設(shè)置相關(guān)專用通路5、從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)造上講，機(jī)器語言程序員所看到的機(jī)器屬性是( A.計(jì)算機(jī)軟件所要完成的功能B.計(jì)算機(jī)硬件的全部組成C.編程要用到的硬件組織D.計(jì)算機(jī)各部件的硬件實(shí)現(xiàn)6、利用時(shí)間重疊概念實(shí)現(xiàn)并行處理的是( 。A.流水處理機(jī)B.多處理機(jī)C.并行〔陣列〕處理機(jī)D.相聯(lián)處理機(jī)7、傳統(tǒng)機(jī)器語言機(jī)器級，是用〔〕來〔〕機(jī)器指令。硬件，翻譯編譯程序，翻譯C.微指令程序，解釋D.微指令程序，翻譯8、推出系列機(jī)的機(jī)器，不能更改的是〔〕。原有指令的尋址方式和操作碼系統(tǒng)總線的組成C.數(shù)據(jù)通路寬度D.存儲芯片的集成度9、在系統(tǒng)構(gòu)造設(shè)計(jì)中，提高軟件功能實(shí)現(xiàn)的比例會( A.提高解題速度B.削減需要的存貯容量C.提高系統(tǒng)的靈敏性D.提高系統(tǒng)的性能價(jià)格比10、除了分布處理、MPP和機(jī)群系統(tǒng)外，并行處理計(jì)算機(jī)按其根本構(gòu)造特征可分為流水線計(jì)算機(jī)，陣列處理機(jī)，多處理機(jī)和〔〕四種不同的構(gòu)造。A.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)B.把握流計(jì)算機(jī)C.機(jī)群系統(tǒng)D.數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)11、微指令由〔〕直接執(zhí)行。A.微指令程序B.硬件C.匯編程序D.編譯程序12、浮點(diǎn)數(shù)尾數(shù)基值rm=8，尾數(shù)數(shù)值局部長6位，可表示的規(guī)格化最小正尾數(shù)為( A.0.5B.0.25C.0.125D.1/6413、以下關(guān)于標(biāo)量流水機(jī)的說法不正確的選項(xiàng)是〔〕A.可對標(biāo)量數(shù)據(jù)進(jìn)展流水處理B.沒有向量數(shù)據(jù)表示C.不能對向量數(shù)據(jù)進(jìn)展運(yùn)算D.可以對向量、數(shù)組進(jìn)展運(yùn)算14、Cache存貯器常用的地址映象方式是( A.全相聯(lián)映象B.頁表法映象C.組相聯(lián)映象15、非線性流水線是指()一次運(yùn)算中使用流水線中的多個(gè)功能段一次運(yùn)算中要屢次使用流水線中的某些功能段C.流水線中某些功能段在各次運(yùn)算中的作用不同D.流水線的各個(gè)功能段在各種運(yùn)算中有不同的組合二、填空題16、浮點(diǎn)數(shù)階碼位數(shù)影響數(shù)的可表示 大小，尾數(shù)位數(shù)影響數(shù)的可表示 小。17、直接網(wǎng)絡(luò)可分為3類： 和 、超立方體網(wǎng)絡(luò)。18、就目前的通用機(jī)來說，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)造的屬性主要包括數(shù)據(jù)表示， 存放器組織， ，存儲系統(tǒng)。19、解決Cache與主存不全都性的方法有 和 20、向量指令可分為 和 21、Amdah1等人在1964年把系統(tǒng)構(gòu)造定義為：由程序設(shè)計(jì)者所看到的一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的屬性，即 和 。22、三級存儲系統(tǒng)是 、 、磁盤存儲器。23、Cache存貯器承受組相聯(lián)的映象規(guī)章是組間 映象，組內(nèi)各塊間 映象。24、多功能流水線各功能段同時(shí)可按不同運(yùn)算或功能聯(lián)接工作，稱此流水線為 水線。25、Cache存貯器是為解決主存 滿足不了要求進(jìn)展出來的。三、推斷題26RAND?！病?7、計(jì)算機(jī)仿真用微程序解釋，計(jì)算機(jī)模擬用機(jī)器語言解釋?！病?8、多處理機(jī)中，兩個(gè)程序段之間假設(shè)有先寫后讀的數(shù)據(jù)相關(guān)，則不能并行，但任何狀況下可以交換串行?！病?9、指令的重疊解釋，既可加快程序的解釋，又能加快指令的解釋?！病?0、Cache組相聯(lián)映象的塊沖突概率比直接映象的高?！病?1、系統(tǒng)是否設(shè)浮點(diǎn)運(yùn)算指令，對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)造是透亮的?！病?2、超長指令字〔〕VLIW〕構(gòu)造是將水平型微碼和超標(biāo)量處理兩者相結(jié)合?！病?3LRUCacheCache容量確定時(shí)，塊的大小增大，Cache的命中率將先上升，到確定時(shí)候又會漸漸降低?！病?4、CacheCacheCache容量來解決。〔〕35、主存空間數(shù)相關(guān)是相間隔的兩條指令之間消滅對主存同一單元要求先寫而后讀的關(guān)聯(lián)。〔〕四、名詞解釋36、耦合度：37、資源共享：38、細(xì)粒度多線程技術(shù)：39、部件級流水線：40、寫后讀沖突：41、強(qiáng)制性失效：五、簡答題42Tomasulo算法的根本思想。43CacheI/O操作時(shí)，會產(chǎn)生哪些數(shù)據(jù)不全都問題？如何抑制？44、試用實(shí)例說明計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)造、計(jì)算機(jī)組成與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)之間的相互關(guān)系。45、機(jī)群系統(tǒng)有什么特點(diǎn)？46、指令的執(zhí)行可承受挨次執(zhí)行、重疊執(zhí)行和流水線三種方式，它們的主要區(qū)分是什么？各有何優(yōu)缺點(diǎn)。六綜合題47CRAY-14條向量指令〔括號中給出了相應(yīng)功能部件的執(zhí)行時(shí)間〕，假設(shè)向量存放器和功能部件之間的數(shù)據(jù)傳送需要1拍，試求此鏈接流64，則需多少拍才能得到全部結(jié)果？V0←存儲器 中取數(shù)：7拍〕V2←V0+V1 〔向量加：3拍〕V3←V2<A3 〔按〔A3〕左移：4拍〕V5←V3∧V4 〔向量規(guī)律乘：2拍〕4816V0~V5中分別放有向量A、B、C、D、E、F8，向量各元素均為浮點(diǎn)數(shù)；處理部件承受兩條單功能流水線，加法功23CARY-1的鏈接技術(shù)，先計(jì)算〔A+B〕*C，在流水線不停流的狀況下，接著計(jì)算〔D+E〕*F。求此鏈接流水線的通過時(shí)間？〔設(shè)存放器入、出各需1拍〕50ns，完成這些計(jì)算并把結(jié)果存進(jìn)相應(yīng)存放器，此處理部件的實(shí)際MFLOPS？49N=8Omega8個(gè)處理機(jī)〔P0~P7〕，8個(gè)處理機(jī)的輸出端Omega80~7，8個(gè)處理機(jī)的輸入端分別依序連接Omega80~7P6要把數(shù)據(jù)播送給處理機(jī)P0~P4，處理機(jī)P3要把數(shù)據(jù)播送給處理機(jī)P5~P7，那么，Omega網(wǎng)絡(luò)能否同時(shí)為它們的播送要求實(shí)現(xiàn)連Omega網(wǎng)絡(luò)的開關(guān)狀態(tài)圖。50、在偽相聯(lián)中，假設(shè)在直接映象位置沒有覺察匹配，而在另一個(gè)位置才找到數(shù)據(jù)〔偽命中〕時(shí)，不對這兩個(gè)位置的數(shù)據(jù)進(jìn)展交換。這時(shí)只需要1個(gè)額外的周期。假設(shè)失效開銷為50個(gè)時(shí)鐘周期，2KBCache9.8%，27.6%；128KBCache1.0%，20.7%。推導(dǎo)出平均訪存時(shí)間的公式。利用〔1〕2KBCache128KBCache，計(jì)算偽相聯(lián)的平均訪存時(shí)間。參考答案一、選擇題、【答案】C、【答案】C3、【答案】D4、【答案】D、【答案】C6、【答案】A、【答案】C8、【答案】A、【答案】C10、【答案】D、【答案】B、【答案】C、【答案】C、【答案】C、【答案】B二、填空題1617181920、【答案】基于存放器--存儲器的向量指令21222324、【答案】動態(tài)25、【答案】速度三、推斷題26、【答案】對27、【答案】對28、【答案】錯(cuò)29、【答案】錯(cuò)30、【答案】錯(cuò)31、【答案】錯(cuò)32、【答案】對33、【答案】錯(cuò)34、【答案】對35、【答案】錯(cuò)四、名詞解釋36、答：反映多機(jī)系統(tǒng)中各計(jì)算機(jī)之間物理連接的嚴(yán)密程度和交互作用力氣的強(qiáng)弱。37、答：這是一種軟件方法，它使多個(gè)任務(wù)按確定時(shí)間挨次輪番使用同一套硬件設(shè)備。38、答：細(xì)粒度多線程技術(shù)是一種實(shí)現(xiàn)多線程的技術(shù)。它在每條指令之間都能進(jìn)展線程的切換，從而使得多個(gè)線程可以交替執(zhí)行。通常以時(shí)間片輪轉(zhuǎn)的方法實(shí)現(xiàn)這樣的交替執(zhí)行，在輪轉(zhuǎn)的過程中跳過處于停頓的線程。39、答：把處理機(jī)中的部件進(jìn)展分段，再把這些部件分段相互連接而成。它使得運(yùn)算操作能夠按流水方式進(jìn)展。這種流水線也稱為運(yùn)算操作流水線。40ij，且ij之前進(jìn)入流水線，指令j用到指令i的計(jì)算結(jié)果，i將結(jié)果寫入存放器之前就去讀該存放器，因而得到的是舊值。41Cache中，需要從下一級存儲器中調(diào)入Cache，這就是強(qiáng)制性失效。五、簡答題42、答：核心思想是：RAW沖突的可能性減小到最少；WARWAW沖突。存放器換名是通過保存站來實(shí)現(xiàn)，它保存等待流出和正在流出指令所需要的操作數(shù)。根本思想：只要操作數(shù)有效，就將其取到保存站，避開指令流出時(shí)才到存放器中取數(shù)據(jù)，這就使得馬上執(zhí)行的指令從相應(yīng)的保存站中取得操作數(shù)，而不是從存放器中。指令的執(zhí)行結(jié)果也是直接送到等待數(shù)據(jù)的其它保存站中去。因而，對于連續(xù)的存放器寫，只有最終一個(gè)才真正更存放器中的內(nèi)容。一條指令流出時(shí)，存放操作數(shù)的存放器名被換成為對應(yīng)于該存放器保存站的名稱〔編號〕。43、答：〔1〕CPUI/O系統(tǒng)從存儲器中取出來的是陳舊數(shù)據(jù)。〔2〕I/OCacheCPU使用的可能就會是陳舊數(shù)據(jù)。Cache解決。I/OcacheCache中相應(yīng)的數(shù)據(jù)。44、答：如在設(shè)計(jì)主存系統(tǒng)時(shí)，確定主存容量、編址方式、尋址范圍等屬于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)造。確定主存周期、規(guī)律上是否承受并行主存、規(guī)律設(shè)計(jì)等屬于計(jì)算機(jī)組成。選擇存儲芯片類型、微組裝技術(shù)、線路設(shè)計(jì)等屬于計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。計(jì)算機(jī)組成是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)造的規(guī)律實(shí)現(xiàn)。計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)是計(jì)算機(jī)組成的物理實(shí)現(xiàn)。一種體系構(gòu)造可以有多種組成。一種組成可以有多種實(shí)現(xiàn)。45、答：〔1〕系統(tǒng)開發(fā)周期短。由于機(jī)群系統(tǒng)大多承受商品化的PC機(jī)、工作站作為結(jié)點(diǎn)，并通過商用網(wǎng)絡(luò)連接在一起，系統(tǒng)開發(fā)的重點(diǎn)在于通信子系統(tǒng)和并行編程環(huán)境上，這大大節(jié)約了研制時(shí)間。PC機(jī)或工作站，某個(gè)結(jié)點(diǎn)的失效并不會影響其它結(jié)點(diǎn)的正常工作，而且它的任務(wù)還可以傳遞給其它結(jié)點(diǎn)完成，從而有效地避開由于單結(jié)點(diǎn)失效引起的系統(tǒng)牢靠性降低的問題?？蓴U(kuò)放性強(qiáng)。機(jī)群的計(jì)算力氣隨著結(jié)點(diǎn)數(shù)量的增加而增大。這主要是得益于機(jī)群構(gòu)造的靈敏性，由于結(jié)點(diǎn)之間以松耦合方式連接，機(jī)群的結(jié)點(diǎn)數(shù)量可以增加到成百上千。另外，機(jī)群系統(tǒng)的硬件簡潔擴(kuò)大和替換，可以靈敏配置。性能價(jià)格比高。由于生產(chǎn)批量小，傳統(tǒng)并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的價(jià)格均比較昂貴，往往要幾百萬到上千萬美元。而機(jī)群的結(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)都是商品化的計(jì)算機(jī)產(chǎn)品，能夠大批量生產(chǎn)，本錢相對較低，因而機(jī)群系統(tǒng)的性能價(jià)格比更好。與一樣性能的傳統(tǒng)并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比，1～2個(gè)數(shù)量級。用戶編程便利。機(jī)群系統(tǒng)中，程序的并行化只是在原有的C、C++Fortran串行程需適用的環(huán)境。46、答：指令的挨次執(zhí)行是指指令與指令之間挨次串行。即上一條指令全部執(zhí)行完后，才能開頭執(zhí)行下一條指令。優(yōu)點(diǎn)：把握簡潔，節(jié)約設(shè)備。缺點(diǎn)：執(zhí)行指令的速度慢，功能部件的利用率低。指令的重疊指令是在相鄰的指令之間，讓第kk+l條指令同時(shí)進(jìn)展。重疊執(zhí)行不能加快單條指令的執(zhí)行速度，但在硬件增加不多的狀況下，可以加快相鄰兩條指令以及整段程序的執(zhí)行速度。與挨次方式相比，功能部件的利用率提高了，把握變簡潔了。指令的流水執(zhí)行是把一個(gè)指令的執(zhí)行過程分解為假設(shè)干個(gè)子過程，每個(gè)子過程由特地的功能部件來實(shí)現(xiàn)。把多個(gè)處理過程在時(shí)間上錯(cuò)開，依次通過各功能段，每個(gè)子過程與其它的子過程并行進(jìn)展。依靠提高吞吐率來提高系統(tǒng)性能。流水線中各段的時(shí)間應(yīng)盡可能相等六綜合題47、解：通過時(shí)間就是每條向量指令的第一個(gè)操作數(shù)執(zhí)行完畢需要的時(shí)間，也就是各功能流水線由空到滿的時(shí)間，具體過程如以以下圖所示。要得到全部結(jié)果，在流水線布滿之后，向量中后繼操作數(shù)連續(xù)以流水方式執(zhí)行，直到整組向量執(zhí)行完畢。訪存訪存存儲器V0V1V2V3V4V5向量加左移輯乘A3T通過＝〕＋〕＋〕＋〕3拍〕T T ＋6〕266拍〕總共48、解：〔1〕A＋BV6中，〔A＋B〕×C地最終結(jié)果V7中，D＋EV8中，〔D＋E〕×FV9中。具體實(shí)現(xiàn)參考以以下圖：V0AV0AV1BV6V2CV7向量加向量乘V3DV4EV8V5FV9通過時(shí)間應(yīng)當(dāng)為前者〔〔A＋B〕×C〕通過的時(shí)間：T(1+2+1)+(1+3+19〔拍〕〔2〕在做完〔A＋B〕×C之后，作〔C＋D〕×E就不需要通過時(shí)間了。V6←A＋BV7←V6×CV8←D＋ETT＋84拍1200(ns)TP

3226.67MFLOPSTV9←V8×F49、解：Omega2×24種狀態(tài)：直送、穿插、上播、下播。置換連接只使用直送和穿插狀態(tài)，播送連接還需要使用上播和下播狀態(tài)。分別畫出實(shí)現(xiàn)處理機(jī)P6P3的播送連接要求使用的開關(guān)狀態(tài)，假設(shè)沒有開關(guān)狀態(tài)和開關(guān)輸出端爭用沖突，就可以使用播送連接。實(shí)際上，它們的播送要求沒有沖突，因此，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)的Omega網(wǎng)絡(luò)開關(guān)狀態(tài)圖如下所示。001122334455667750、解：不管作了何種改進(jìn)，失效開銷一樣。不管是否交換內(nèi)容，在同一“偽相聯(lián)”組中的兩塊都是用同一個(gè)索引得到的，因此失效率一樣，即：失效率 ＝失效率2 。偽相聯(lián) 路cachecache的命中時(shí)間加上偽相聯(lián)查找過程中的命中時(shí)間*該命中所需的額外開銷。1命中時(shí)間 ＝命中時(shí)間 ＋